超导电力技术从诞生之初就受到了世界各国的重视。20世纪90年代以来,美国、日本、韩国、德国等相继开展高温超导电缆及其输电技术的研究,并有多个工程投运。
我国电力领域的超导研究虽然起步较晚,但发展很快。2011年,世界首座10千伏超导变电站在甘肃白银建成,站内有630千伏安三相超导变压器、超导限流器和电缆、超导磁储能系统。2021年12月,上海35千伏超导电缆示范工程投运,是目前世界上输送容量最大、距离最长的全商业化运行35千伏超导电缆工程。工程以1条35千伏超导电缆替代4条35千伏常规电缆,节省了70%的地下管廊空间,投运至今运行稳定、状态良好。
总体来看,目前高温超导材料在电力系统中运行的可靠性和节能降碳优势已得到验证,但受制于制冷设备的昂贵投资和超导电力系统的高额运维费用,其商业化应用仍处在较低水平,大规模开发利用仍有赖于超导技术的进一步发展。
室温常压超导可推动电力系统跨越式发展
自超导被发现以来,世界各国的科学家一直在追求更高性能的超导材料。超导材料的转换温度越来越高,制作工艺越来越简单,成本越来越低。
近年来,超导的终极形态——室温常压超导成为科学家研究的重点。室温常压超导技术一旦成熟并实现规模化产业应用,将推动能源、交通等领域产生颠覆性变革,尤其将推动电力系统跨越式发展。
室温常压超导材料将变革电力生产方式。室温超导能提供超强容器“磁封闭体”,是实现可控核聚变的关键技术之一。低损耗超强磁场可大幅延长核反应时间,有效降低投资规模、缩短可控核聚变研发应用周期。而可控核聚变具有能量密度大、清洁、燃料丰富、安全性高等优点,是人类未来开发利用的理想能源。
室温常压超导输电可重塑电网物理结构。与常规输电线路相比,室温常压超导输电线路可实现电流无阻力传输,大幅提升输电容量,显著降低线路损耗。
室温常压高密度超导储能可颠覆能源消费模式。室温超导体体积小、效率高、寿命长,基本可实现能量无损耗储存,储存的能量密度可达普通锂电池的数十倍,能为日常生产生活提供能源供给,配合分布式光伏等发电资源,可能使“自产自销”的微电网模式迎来规模化发展。